Иммобилизованные ферменты - Березин И.В.
Скачать (прямая ссылка):
ксисилвн у-глицидоксипролилтриметоксисилаи
(СНзО) gSi (СН2) 3-SH
у-меркаитопропилгриметоксисилаи
Широко распространен метод обработки кремнеземов гало-геналкилсиланами,
например хлорметилтриэтоксисиланом, приводящий к образованию
реакционноспособных галогеналкильных групп:
^>Si-ОН JCjHsQLSiCHjCi^ \si-О-Si-СН2С1
/ / I
К другим модификаторам, позволяющим получать .активированные производные
кремнеземов, относятся сложные эфиры силилкарбоновых кислот.
Сложноэфирные производные кремнеземов легко могут быть переведены в
реакционноспособную гидразидную или азидную формы:
Si-ОН ^Sj-О-Si-RC02Si (СНз)з ^
>
ч I ч 1
N^->SiOSi-R-CONH-NH2 ->Si-О-Si-R-CON3
/ \ НС| / |
Таким образом, применение различных модифицирующих агентов дает
возможность целенаправленного изменения свойств поверхности кремнеземных
носителей. Однако стоимость кремнеземных носителей относительно высока, а
модификация еще выше поднимает их цену, что является существенным
ограничением во внедрение кремнеземов в промышленности.
§ 8. Другие неорганические носители
Более пригодными для промышленного использования могут оказаться
природные алюмосиликаты - глины, цеолиты, а также пористая керамика, в
состав которой, помимо алюмосиликатов,
43
входят оксиды титана, циркония, или другие добавки. Поверхность таких
носителей аналогично кремнеземным может быть модифицирована различными
органическими веществами, например замещенными силанами (у-
аминопропилтриэтоксисиланом).
Важной характеристикой силикатных и алюмосиликатных носителей является
высокая плотность поверхностных групп, связывание белковых молекул на
которых может осуществляться как за счет электростатических
взаимодействий, так и водородных связей. Это имеет немаловажное значение
для эффективной иммобилизации ферментов.
Следует также отметить широко распространенные носители - уголь и
графитированную сажу. Уголь может быть использован в качестве носителя
как для адсорбционной, так и для ковалентной иммобилизации (после
предварительной активации поверхностных оксидных групп).
К достоинствам графитированной сажи можно отнести высокую однородность и
электрическую проводимость ее поверхности. Последнее свойство важно при
создании биоэлектрокаталитиче-ских систем на основе иммобилизованных
ферментов. Серьезным недостатком этого носителя является низкая
механическая прочность, что ограничивает его применение. Отложением
углерода на гранулированной саже был создан новый носитель - карбо-хром,
в котором высокая механическая прочность сочетается с достоинствами
графитированной сажи.
Весьма перспективными представляются носители на основе металлов и их
оксидов. Эти носители характеризуются высокой механической прочностью,
относительной дешевизной, стабильностью, хорошими гидродинамическими
свойствами. На практике чаще всего употребляются носители на основе
оксида алюминия и титана. В промышленном масштабе их получают обычно в
виде макропористых порошков, однородных по форме и размеру. Применение
матриц этого типа позволяет проводить иммобилизацию ферментов как
ковалентным связыванием с носителем, так и адсорбцией на нем. Для
ковалентной иммобилизации носитель предварительно активируют у-
аминопропилтриэтоксиси-ланом.
Металлические поверхности, используемые в качестве носителей (Al, Ni,
Ti), как правило, модифицируют, либо создавая оксидную пленку на
поверхности матрицы, либо покрывая их слоем полимера (производные
полистирола, целлюлозы и т. д.). Это позволяет значительно повысить
сорбционную вместимость носителя.
Таким образом, рассмотрение основных типов носителей свидетельствует о
широких возможностях, предоставляемых химией инженерной энзимологии.
Наиболее полный перечень неорганических и органических носителей для
иммобилизации, вырабатываемых промышленностью многих стран мира, приведен
в справочнике А. А. Лурье "Хроматографические материалы" (1978).
юва
Согласно одному из принятых определений, которое вытекает из более общего
определения иммобилизации, сформулированного во Введении, под
иммобилизацией фермента понимается его включение в какую-либо
изолированную фазу, которая отделена от фазы свободного раствора, но
способна обмениваться с находящимися в последней молекулами субстрата или
эффектора. Иными словами, иммобилизация представляет собой включение
фермента в такую среду, в которой для него доступной является лишь
ограниченная часть общего объема. На основании этого определения все
существующие методы физической иммобилизации (т. е. иммобилизации, при
которой фермент не соединен с носителем ковалентными связями) можно
разделить на четыре группы: 1) адсорбция на нерастворимых носителях;
2) включение в поры геля; 3) пространственное отделение фермента от
остального объема реакционной системы с помощью полупроницаемой
перегородки (мембраны); 4) включение в двухфазную реакционную среду, где
фермент растворим и может находиться только в одной из фаз.
Сущность перечисленных подходов иллюстрируется рис. 2.
